注射器に空気を閉じこめ、ピストンが自由に動ける状態にしたまま、注射器全体を湯につ…
注射器に空気を閉じこめ、ピストンが自由に動ける状態にしたまま、注射器全体を湯につけて温めました。このときに起きていることについて述べたものとして最も適切なものはどれか。
- ⑴ 粒子の熱運動の激しさは温度によらず一定で、体積が変わるのはピストンの重さのためである。粒子の熱運動の激しさは温度とともに変わります。温度と熱運動の関係が体積変化のもとになります。
- ⑵ 粒子の熱運動が激しくなり、粒子1個の大きさそのものが大きくなるので、体積も質量も増える。熱運動が激しくなっても粒子1個の大きさは変わりません。増えるのは粒子の運動の激しさだけです。
- ⑶ 粒子の熱運動がおさまって粒子どうしが近づくので、閉じこめた空気の体積は小さくなる。熱運動がおさまるのは冷やしたときです。温めると熱運動は激しくなり、体積は大きくなります。
- ⑷ 粒子の熱運動が激しくなって体積は大きくなるが、閉じこめた空気の質量は変わらない。温度が上がると熱運動が激しくなり体積が増えます。粒子の数は増えないので質量はそのままです。
- ⑸ 空気の粒子の数が増えて体積が大きくなるので、この変化は物理変化ではなく化学変化である。閉じこめてあるので粒子の数は増えず、別の物質もできません。体積だけが変わる物理変化です。
解説
正解は⑷です。温度を上げると粒子の熱運動が激しくなり、粒子は互いに離れようとするので、閉じこめた空気の体積は大きくなります。このとき増えているのは粒子の運動の激しさで、粒子の数や粒子1個の大きさ、そして全体の質量は変わりません。物質そのものが別の物質に変わるわけではないので、これは化学変化ではなく物理変化です。体積は変化しても質量は変化しないという点が、状態変化や気体の体積変化を考えるうえで大切になります。
AIが生成したオリジナル問題です。実際の試験問題ではありません。